TRIP-Stähle (TRansformation Induced Plasticity)

Automotive Worldwide
TRIP-Stähle (TRansformation Induced
Plasticity)
Auszug aus dem Europäischen Produktangebot -Ausgabe
Bitte beachten Sie, dass die in diesem Katalog gemachten Angaben sich fortlaufend weiterentwickeln.
Wir ersuchen Sie deshalb, bei jeder Bestellung mit unseren Verkaufsteams Rücksprache zu nehmen,
um aktuell und bedarfsgerecht beraten zu werden. Sie können uns ebenfalls per Email unter volgender
Adresse erreichen [email protected].
Adresse erreichen [email protected].
TRIP-Stähle (TRansformation Induced Plasticity)
Höchstfeste Stähle
Beschreibung
TRIP-Stähle zeichnen sich aufgrund ihres Mikrogefüges durch eine sehr vorteilhafte Kombination von Festigkeit und Dehnfähigkeit aus. Sie
eignen sich daher besonders gut für die Fertigung von Strukturbauteilen und Verstärkungen komplexer Form. Das Mikrogefüge besteht aus
einer duktilen ferritischen Matrix mit inselförmig eingelagerten harten Bainitphasen und Restaustenit. Die während der plastischen
Verformung stattfindende Umwandlung des Austenit in Martensit (TRIP-Effekt oder Transformation Induced Plasticity) gewährleistet eine
sehr hohe Dehnfähigkeit des Werkstoffs. Dieser TRIP-Effekt verleiht dem Stahl ein ausgezeichnetes Verhältnis von Festigkeit und Duktilität.
Das erhebliche Verfestigungspotenzial dieser Stähle gewährleistet eine gleichmäßige Verteilung der Verformungen, also eine gute
Tiefziehfähigkeit. Am Fertigteil sorgt es ebenfalls für bedeutend höhere mechanische Eigenschaften als am Flachprodukt. Dies gilt besonders
für die Streckgrenze.
Das ausgeprägte Verfestigungspotenzial und die hohe mechanische Festigkeit gewährleisten ein ausgezeichnetes
Energieaufnahmevermögen der aus diesem Material gefertigten Bauteile. Nach Umformung und Lackeinbrand weisen TRIP-Stähle ebenfalls einen ausgeprägten BH-Effekt (Bake Hardening) auf, der zu einer
weiteren Verbesserung des Crashverhaltens beiträgt. Das TRIP-Stahlprogramm von ArcelorMittal umfasst zwei Kaltwalzqualitäten (TRIP 690 und TRIP 780). Die einzelnen Qualitäten sind durch
Angabe der Mindestwerte ihrer Zugfestigkeit, ausgedrückt in MPa, gekennzeichnet.
Anwendungsbereiche
TRIP-Stähle werden aufgrund ihres hohen Energieaufnahmevermögens und aufgrund ihrer guten Ermüdungsfestigkeit hauptsächlich für die
Fertigung von Struktur-und sicherheitsrelevanten Bauteilen, wie z.B. Quer-und Längsträger, B-Säulenverstärkungen, Schweller und
Stoßfängerverstärkungen eingesetzt.
ArcelorMittal verfügt bezüglich der Umform-und Gebrauchseigenschaften seiner TRIP-Stähle über umfassendes Datenmaterial. Zwecks
frühzeitiger Berücksichtigung dieser Stähle bei neuen Konzeptentwicklungen können von einem Spezialistenteam projektspezifische
Untersuchungen aufbauend auf Modellierungen oder Versuchen durchgeführt werden.
B-Säulenverstärkung aus elektrolytisch beschichtetem TRIP
780 (Dicke: 1,2 mm)
Stoßfänger-Querträger aus elektrolytisch beschichtetem
TRIP 780 (Dicke: 1,6 mm)
2
Bezeichnungen und Normen
TRIP 690
Euronorms
VDA 239-100
HCT690T (+ZE, +Z)
CR400Y690T-TR (-UNC,-EG,-GI)
HCT780T (+ZE, +ZF)
TRIP 780
Euronorms
Unbeschichtet (EN 10338 :2015): Stahlsorte
Elektrolytisch beschichtet (EN 10338 :2015 + EN 10152 :2009): Stahlsorte +ZE
Galvannealed (EN 10346 :2015): Stahlsorte +ZF
Extragal® (EN 10346 :2015): Stahlsorte +Z
CR450Y780T-TR (-UNC,-EG,-GA)
VDA 239-100
Unbeschichtet: Stahlsorte-UNC
Elektrolytisch beschichtet: Stahlsorte-EG
Galvannealed: Stahlsorte-GA
Extragal®: Stahlsorte-GI
Warmgewalzt Kaltgewalzt
Diese Normenäquivalenzen dienen nur zur Information. Im Allgemeinen garantiert ArcelorMittal engere Toleranzen auf mechanische
Eigenschaften (siehe nachfolgende Tabelle).
Zur Information werden in der obenstehenden Tabelle die Europäischen und VDA Normen angeführt, denen die Stahlgüten von ArcelorMittal
entsprechen.
Technische Merkmale
Mechanische Eigenschaften
Garantierte Werte am unbeschichteten Blech in Längsrichtung, ISO-Probe 20x80
Re (MPa)
Rm (MPa)
A (%)
L0 = 80 mm
e < 3 mm
n
BH2 (MPa)
TRIP 690
410 -510
690 -800
≥ 25
≥ 0,19
40
TRIP 780*
450 -550
780 -900
≥ 23
≥ 0,18
40
Warmgewalzt Kaltgewalzt
* Dieses Produkt ist ebenfalls mit einer Mindeststreckgrenze von 500 MPa erhältlich
Herkömmliches Mikrogefüge eines elektrolytisch verzinkten,
kaltgewalzten TRIP 780 (Restaustenitanteil ca. 18%)
3
Herkömmliches Mikrogefüge eines feuerverzinkten TRIP 690
(Restaustenitanteil ca. 10%)
Chemische Zusammensetzung (%)
C
Max
Mn
Max
Al +Si
Max
TRIP 690
0,200
2,0
2,0
TRIP 780
0,250
2,0
2,0
Warmgewalzt Kaltgewalzt
Lieferbare Beschichtungen
Unbeschichtet
Elektrolytisch
beschichtet
TRIP 690
X
X
TRIP 780
X
X
Galvannealed
Extragal®
X
O
X
Warmgewalzt Kaltgewalzt
X lieferbar - O in Entwicklung
Anwendungs-und Verarbeitungshinweise
Umformung
Im Verhältnis zu ihrer Zugfestigkeit weisen TRIP-Stähle eine hohe Duktilität auf. Ein kaltgewalzter TRIP 780 verfügt z. B. über eine
gleichmäßig verteilte Dehnfähigkeit, die mit der eines ArcelorMittal 04 vergleichbar ist.
Zur Veranschaulichung zeigt das nachstehende Schaubild die Grenzformänderungskurven der kaltgewalzten Qualitäten TRIP 690 und TRIP
780 für eine Blechdicke von 1,5 mm.
Sie ergeben eine bessere Umformbarkeit als die eines Dualphasenstahls 600 mit niedrigeren Festigkeitswerten.
Grenzformänderungskurven der kaltgewalzten Qualitäten
TRIP 690 und 780 (Dicke: 1,5 mm)
4
Weitere Informationen bezüglich der Umformung von TRIP-Stählen sind auf Anfrage erhältlich.
Um das Potenzial der TRIP-Stähle voll auszuschöpfen, sollten bei der Konzeptentwicklung der Bauteile nicht die mechanischen
Eigenschaften des Flachprodukts sondern die des Stahls nach der Blechumformung berücksichtigt werden.
Wie schon festgestellt, verfügen diese Stähle über eine ausgezeichnete Tiefziehfähigkeit und eignen sich daher gut für die Fertigung
crashrelevanter Kfz-Bauteile einfacher oder komplexer Geometrie, vorausgesetzt, dass das Phänomen der Rückfederungbei der Konzeption
dieser Teile berücksichtigt wird.
Schweißen
Punktschweißen
Bei geeigneter Einstellung der Schweißparameter können TRIP-Stähle mit den herkömmlichen Verfahren geschweißt werden. In Anbetracht
des erhöhten Kohlenstoffäquivalents ist es erforderlich, die Schweißenergie und Zyklen gezielt einzustellen, um eine Punktschweißung guter
Qualität zu realisieren. Bei homogenen TRIP/TRIP -Schweißverbindungen kann es zu partiellen Grenzflächenrissen kommen. Diese Gefahr
kann jedoch durch eine optimale Einstellung der geeigneten Schweißparameter stark reduziert werden.
Als Beispiel zeigt die nachstehende Tabelle die auf Grundlage der ISO-Norm 18278-2 für homogene Punktschweißverbindungen der
Stahlqualitäten TRIP 690 Extragal® und TRIP 780, elektrolytisch beschichtet, ermittelten Richtwerte:
Beschich-tung Dicke (mm)
TRIP
690
Extragal®
Maximale
Intensität
(KA)
1,2
TRIP Elektrolytisch
1,2
beschichtet
780
Warmgewalzt Kaltgewalzt
Reine
Schweißpunkt-durchmesser
Zug-Scher-Beanspruchung
Zugbean-spruchung
(mm)
(kN)
(kN)
8,0
6,5
5
15,5
7,7
6,7
5
17,2
MAG-Schweißen
Beim MAG (Metal Active Gas) -Lichtbogenschweißen wird Schmelzschweißdraht unter Aktivgasschutzbedingungen eingesetzt. Das
Verfahren eignet sich für Blechdicken über 0,8 mm. Die MAG-Schweißeignung von TRIP 780 wurde auf Grundlage der
Schweißverfahrensprüfungen der Normen EN 288 und EN 25817 an einer Stumpfnahtschweißverbindung mit einer Blechdicke von 1,5 mm
ermittelt. Dabei betrug die aufgebrachte Schweißenergie ca. 2 kJ/cm.
Aufgrund der chemischen Zusammensetzung der Qualität TRIP 780 ist das Kohlenstoffäquivalent von ca. 0,50 relativ hoch. Trotzdem sind
keine besonderen Vorsichtsmaßnahmen zur Vermeidung einer eventuellen Kaltrissgefahr erforderlich, da das Auftreten von
Schweißspannungen im Flanschbereich durch die geringen Blechdicken (< 2 mm) auf ein Mindestmaß beschränkt wird.
Für das MAG-Schweißen der Qualität TRIP 780 bei Blechdicken von ca. 1,5 mm haben sich folgende Parameter bewährt:
Schweißdraht des Typs G3Si1 gemäß EN 440;
Schutzgas: Argon + 8% CO2.
(M21 gemäß EN 439).
In den durchgeführten Schweißverfahrensprüfungen wurde ein zufriedenstellendes globales Schweißnahtverhalten gegenüber den
vorgeschriebenen mechanischen Festigkeitswerten der einschlägigen Normen mit folgenden Ergebnissen nachgewiesen:
einwandfreie Biegung bei 120° und Rissbildung auf der Unterseite bei 180°;
im Zugversuch, dank der Schweißgut/Schmelzgut -Benetzung, eine ausnahmslose Konzentration der Brüche im Grundwerkstoff, und
das selbst bei Einsatz von Schweißdraht des Typs G3Si1.
Laserschweißen
Bei den durchgeführten Laserschweißversuchen wurden keine besonderen Schwierigkeiten festgestellt, wobei die oeberlappungstechnik sich
für TRIP/TRIP-Schweißverbindungen als besonders geeignet erwiesen hat.
ArcelorMittal verfügt über eine umfangreiche Erfahrung mit dem Schweißen seiner TRIP-Stähle und bietet für jede Qualität eine technische
Beratung zur optimalen Schweißparametereinstellung an.
Dauerfestigkeit
Gegenüber herkömmlichen Stählen weisen TRIP-Stähle aufgrund ihrer hohen mechanischen Festigkeit interessante Dauerfestigkeitswerte
auf.
5
Gegenüber herkömmlichen Stählen weisen TRIP-Stähle aufgrund ihrer hohen mechanischen Festigkeit interessante Dauerfestigkeitswerte
auf.
Als Beispiel zeigen die beiden folgenden grafischen Darstellungen die Wöhlerkurven verschiedener TRIP-Stähle. Die Kurven zeigen die
Ermüdungsfestigkeit abhängig von der Anzahl der Lastzyklen und ausgedrückt als maximale Spannung. Ermittelt wurden die Werte für 2
Belastungsverhältnisse, und zwar bei symmetrischer Wechselzugbeanspruchung R=-1 und bei Dauerbeanspruchung R=0,1.
Wöhlerkurven oder S-N-Kurven (spannungskontrollierte
Schwingfestigkeitskurven) von TRIP-Stählen
Die nachstehende grafische Darstellung zeigt die oligo-zyklischen oder EN-Kurven (dehnungskontrollierte Schwingfestigkeitskurven)
derselben Stähle. Sie sind abhängig von der Anzahl der Wechselzüge als Verformungsamplituden ausgedrückt, wobei ein Zyklus zwei
Wechselzügen entspricht. Weitere unter hohen oder niedrigen Anzahlen von Lastzyklen ermittelte Dauerfestigkeitswerte können auf Anfrage
zur Verfügung gestellt werden.
Oligo-zyklische oder EN-Kurven von TRIP-Stählen
ArcelorMittal ist bereit seinen Kunden eine komplette Datenbank mit den Dauerfestigkeitsmerkmalen seiner TRIP-Stähle zur Verfügung zu
stellen.
Crachfestigkeit
TRIP-Stähle verfügen aufgrund ihrer sehr hohen Bruchfestigkeit über hervorragende Leistungsmerkmale bei der Energieaufnahme unter
Crashbedingungen.
6
Diese hohe Energieaufnahme wurde im Axialkompressionsversuch am Hutprofil mit punktgeschweißter Schließplatte bei einer
Aufprallgeschwindigkeit von 56 km/h ermittelt. Die Prüfungen haben das hervorragende Crashverhalten dieser Stähle nachgewiesen.
Leichtbaupotenzial (prozentuale Masseneinsparung) einiger
TRIP-Stähle im Vergleich mit einem HSLA 380 Stahl
(Referenzmaterial)
Bei diesen Werten handelt es sich um Prüfergebnisse an biegegeformten Prüfkörpern. Die beim Tiefziehen auftretende Verfestigung wirkt
sich sehr positiv auf das Energieaufnahmevermögen dieser Stähle aus. Um dieses Potenzial der TRIP-Stähle voll auszuschöpfen, sollten bei
der Konzeption von Bauteilen sie mechanischen Eigenschaften nach der Umformung (und Verfestigung) berücksichtigt werden und nicht die
des Flachprodukts. Anhand von Stauchversuchen an tiefgezogenen Prüfkörpern wurde im Vergleich zu Biegeproben eine Erhöhung des
Energieaufnahmevermögens um 9% festgestellt.
© ArcelorMittal | Letzte Änderung: 08-01-2016
7

Download Report